專利名稱：一種測(cè)定高粘度改性瀝青零剪切粘度的簡(jiǎn)化方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于道路工程領(lǐng)域，涉及一種測(cè)定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡(jiǎn)化方法 及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
浙青材料在工作條件下表現(xiàn)為偽塑性流體特性，在剪切速率極小或極大的情況， 粘度趨于常數(shù)值剪切速率較低的范圍稱為第一牛頓區(qū)，粘度趨于極大值，即零剪切粘度； 剪切速率較高的范圍稱為第二牛頓區(qū)，粘度趨于極小值，即無(wú)窮剪切速率粘度。如圖1所示。目前，零剪切粘度的獲取方法為利用剪切速率掃描試驗(yàn)，獲得浙青粘度-剪切速 率流動(dòng)曲線；利用Carreau模型等流變學(xué)模型對(duì)粘度-剪切速率流動(dòng)曲線進(jìn)行擬合，獲得零 剪切粘度值。然而，現(xiàn)有方法需利用專用數(shù)據(jù)分析軟件“Rheology Advantage”，大部分品牌和 型號(hào)的流變儀未配備此軟件，影響了零剪切粘度在工程中的應(yīng)用和推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)化的測(cè)定高粘度改性浙青零剪切粘度的方法，該測(cè) 定方法具有試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，試驗(yàn)結(jié)果精確可信，評(píng)價(jià)指標(biāo)力學(xué)意義明確等特點(diǎn)。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題—種測(cè)定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡(jiǎn)化方法，其特征在于，包括以下步驟A、采用剪切速率掃描試驗(yàn)，對(duì)所述高粘度改性浙青在60°C條件下的粘度和剪切速 率進(jìn)行測(cè)試；B、以剪切速率為ΙΟ、—1時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)粘度作為60°C零剪切粘度。圖2是簡(jiǎn)化
試驗(yàn)法獲取零剪切粘度示意圖。較佳的，所述高粘度改性浙青的60°C零剪切粘度范圍為IO4Pa · s IO6Pa · S。
較佳的，所述剪切速率掃描試驗(yàn)，采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀進(jìn)行，試驗(yàn)夾具為圓形雙平 板夾具，所述夾具的直徑為25mm，所述雙平板夾具間浙青的厚度為1000 μ m。較佳的，所述剪切速率掃描試驗(yàn)，采用穩(wěn)定流動(dòng)加載模式，試驗(yàn)溫度為60°C，剪切 速率掃描范圍為1. OX ιοΛτ1 1. Os—1，在所述剪切速率的每個(gè)數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)測(cè)量粘度點(diǎn)個(gè) 數(shù)為10個(gè)，圖3是穩(wěn)定流動(dòng)加載模式示意圖。在路面結(jié)構(gòu)中，浙青受到行車荷載作用，在一定的剪切速率下變形，應(yīng)根據(jù)高粘度 改性浙青的粘性行為特征以及浙青在路面結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)，測(cè)定高粘度改性浙青路用粘 性行為的特征值，以有效的評(píng)價(jià)高粘度改性浙青的路用粘性行為。據(jù)此，本發(fā)明應(yīng)用所述零剪切粘度簡(jiǎn)化測(cè)定方法解決高粘度改性浙青路用粘性行 為評(píng)價(jià)的實(shí)際問題，提供了一種高粘度改性浙青的路用粘性行為特征值測(cè)定方法，其特征 在于，包括以下步驟
Α、采用剪切速率掃描試驗(yàn)，對(duì)所述高粘度改性浙青在60°C條件下的粘度和剪切速 率進(jìn)行測(cè)試；B、以剪切速率為ΙΟ、—1時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)粘度作為所述高粘度改性浙青在路面結(jié) 構(gòu)中粘性行為的特征值。較佳的，所述高粘度改性浙青的60°C零剪切粘度范圍為IO4Pa · s IO6Pa · S。較佳的，所述剪切速率掃描試驗(yàn)，采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀進(jìn)行，試驗(yàn)夾具為圓形雙平 板夾具，所述夾具的直徑為25mm，所述雙平板夾具間浙青的厚度為1000 μ m。較佳的，所述剪切速率掃描試驗(yàn)，采用穩(wěn)定流動(dòng)加載模式，試驗(yàn)溫度為60°C，剪切 速率掃描范圍為1. OX ιοΛτ1 1. Os—1，在所述剪切速率的每個(gè)數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)測(cè)量粘度點(diǎn)個(gè) 數(shù)為10個(gè)。本發(fā)明中所述剪切速率為ICT2s-1時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)粘度可以較為真實(shí)地反映高粘 度改性浙青在路面結(jié)構(gòu)中的粘度性能。為驗(yàn)證這種方法的可靠性，本發(fā)明選用12種國(guó)內(nèi)外 典型浙青結(jié)合料進(jìn)行粘度-剪切速率流動(dòng)曲線測(cè)試，確定了這些浙青在60°c條件下第一牛 頓共同區(qū)域范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的剪切速率范圍為L(zhǎng)OXlO-3S-1 1.25s—1，并首次通過力學(xué)計(jì)算 確定了浙青在排水路面結(jié)構(gòu)中所受的剪切速率范圍為IJSXKT3iT1NiehA這兩個(gè)剪 切速率范圍在數(shù)量級(jí)上完全一致，又由于在第一牛頓區(qū)域浙青粘度趨于最大值，即60°c零 剪切粘度；因此，認(rèn)為60°c零剪切粘度可以較為真實(shí)地反映浙青材料在路面結(jié)構(gòu)中的粘性 特征。同時(shí)，結(jié)合本發(fā)明所提供的測(cè)定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡(jiǎn)化方法，以剪切速率 為ΙΟ、—1時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)粘度作為60°c零剪切粘度；因此，剪切速率為ΙΟ、—1時(shí)所對(duì)應(yīng)的 實(shí)測(cè)粘度可以真實(shí)的反映出高粘度改性浙青在路面結(jié)構(gòu)中的粘度性能。本發(fā)明提供的測(cè)定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡(jiǎn)化方法，與利用Carreau模型 擬合粘度-剪切速率流動(dòng)曲線，以獲取零剪切粘度的方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1.試驗(yàn)方法剪切速率范圍更小，節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間；2.數(shù)據(jù)處理更為簡(jiǎn)便，不需使用專用數(shù)據(jù)分析軟件，有利于零剪切粘度的應(yīng)用與 推廣；3.確定了零剪切粘度對(duì)應(yīng)的特征剪切速率為ΙΟ、—1，使高粘度改性浙青在相同剪 切速率條件下進(jìn)行粘度比較，評(píng)價(jià)指標(biāo)更為科學(xué)、可信；4.將本發(fā)明的簡(jiǎn)化測(cè)試方法用于評(píng)價(jià)高粘度改性浙青在路面結(jié)構(gòu)中的粘度性能， 方法簡(jiǎn)單，結(jié)果精確可信，評(píng)價(jià)指標(biāo)力學(xué)意義明確。


圖1是浙青粘度-剪切速率流動(dòng)特征；圖中，A部分陰影區(qū)為第一牛頓區(qū)，B部分 陰影區(qū)為第二牛頓區(qū)，虛線1所對(duì)應(yīng)的粘度為零剪切粘度，虛線2所對(duì)應(yīng)的粘度為無(wú)窮剪切 速率粘度。圖2是簡(jiǎn)化試驗(yàn)法獲取零剪切粘度示意圖；圖中，曲線1為粘度-剪切速率流動(dòng)曲 線，陰影部分2為浙青在路面結(jié)構(gòu)中所受剪切速率范圍，直線3所對(duì)應(yīng)的剪切速率為特征剪 切速率，直線4所對(duì)應(yīng)的粘度為零剪切粘度。圖3是本發(fā)明試驗(yàn)方法穩(wěn)定流 動(dòng)加載模式示意圖。圖4是實(shí)測(cè)粘度特征值與擬合粘度值的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系。
圖5是本發(fā)明進(jìn)行排水性浙青路面結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力計(jì)算的示意圖。圖6是本發(fā)明進(jìn)行排水性浙青路面剪切速率計(jì)算的“四元、五參數(shù)”模型。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
為了明確高粘度改性浙青60°C零剪切粘度的簡(jiǎn)化試驗(yàn)方法，現(xiàn)結(jié)合一個(gè)典型的試 驗(yàn)加以說明。(1)成型試件將浙青加熱至流淌狀態(tài)，澆注至少3個(gè)圓形平行試件，直徑約25mm， 高度Imm 2mm，浙青試件放置于室溫冷卻，冷卻時(shí)間不低于30分鐘。(2)安放試件選用直徑25mm圓形平板夾具，將浙青試件安放于夾具之間，調(diào)節(jié)上 下夾具間距為1050 μ m，修整試樣后將夾具間距調(diào)整為1000 μ m。(3)保溫將修整好浙青試件與夾具浸入60°C水浴中保溫，保溫試件不低于10分鐘。(4)進(jìn)行剪切速率掃描試驗(yàn)采用穩(wěn)定流動(dòng)加載模式，剪切速率掃描范圍為 1. OX IO-V1 1. Os—1，每個(gè)數(shù)量級(jí)測(cè)量粘度點(diǎn)個(gè)數(shù)10個(gè)，采集試驗(yàn)過程中的剪切速率與粘度。(5)零剪切粘度確定取特征剪切速率ΙΟ、—1對(duì)應(yīng)的測(cè)量粘度作為60°C零剪切粘度。實(shí)施例2利用現(xiàn)有的零剪切粘度的獲取方法，對(duì)本發(fā)明的測(cè)定高粘度改性浙青零剪切粘度 的簡(jiǎn)化方法的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，具體過程為(1)進(jìn)行剪切速率掃描試驗(yàn)，獲得高粘度改性浙青的粘度-剪切速率流動(dòng)曲線；(2)利用Carreau模型對(duì)粘度-剪切速率實(shí)測(cè)曲線進(jìn)行擬合，獲得零剪切粘度擬合 值η。，Carreau模型見式(1)；(3)分析剪切速率1. OX ICT3iT1 1. Os—1范圍內(nèi)實(shí)測(cè)粘度的特征，將實(shí)測(cè)粘度值與 擬合粘度值進(jìn)行對(duì)比，確定零剪切粘度對(duì)應(yīng)的特征剪切速率，及簡(jiǎn)化試驗(yàn)方法。 式中η -實(shí)測(cè)粘度，Pa · s ；n ο-零剪切粘度，Pa · s ；n 無(wú)窮剪切速率粘度，Pa · s ；K-剪切速率系數(shù)，S;n-Carreau模型速率指數(shù)，無(wú)量綱。本發(fā)明選用12種國(guó)內(nèi)外典型浙青結(jié)合料，采用上述方法進(jìn)行粘度_剪切速率流動(dòng) 曲線測(cè)試，零剪切粘度擬合值nQ，以及剪切速率KTYUCTY1、ICT1iT1U. Os—1對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè) 粘度"κγ3、％。-” "1(ri、7V見表 1。表1擬合粘度與實(shí)測(cè)粘度測(cè)試結(jié)果 根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，求得實(shí)測(cè)粘度對(duì)數(shù)值與擬合粘度η C1對(duì)數(shù)值之比，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué) 分析。圖4為12種浙青各剪切速率條件下的實(shí)測(cè)粘度與擬合粘度的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系。圖中，所 述均值為12種浙青的實(shí)測(cè)粘度對(duì)數(shù)值與擬合粘度Ilci對(duì)數(shù)值之比的平均值。如圖4中數(shù)據(jù)所示，隨著剪切速率的逐漸增大，實(shí)測(cè)粘度與擬合粘度比值的均值 逐漸減小，實(shí)測(cè)粘度與擬合粘度比值的標(biāo)準(zhǔn)差先減小后增大。當(dāng)剪切速率為ICT2iT1時(shí)，實(shí)測(cè) 粘度與擬合粘度比值的均值為99.9%，標(biāo)準(zhǔn)差為1.5%，說明此時(shí)實(shí)測(cè)值與擬合值最為接 近，數(shù)據(jù)波動(dòng)幅度也最小。加之ΙΟ、—1在路面結(jié)構(gòu)所受的剪切速率范圍內(nèi)，故以ΙΟ、—1作 為第一牛頓區(qū)的特征剪切速率，以相應(yīng)的實(shí)測(cè)粘度作為零剪切粘度是合理的。實(shí)施例3利用BISAR軟件計(jì)算浙青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部剪應(yīng)力，結(jié)合“四元、五參數(shù)”模型計(jì)算路 面結(jié)構(gòu)內(nèi)部剪切速率。計(jì)算過程為①采用BISAR軟件計(jì)算排水路面上面層不同深度和位置的剪應(yīng)力大小，計(jì)算結(jié)果 為3. 58 X IO2Pa 2. 28 X IO5Pa,路面結(jié)構(gòu)及荷載參數(shù)見圖5。
②采用“四元、五參數(shù)”模型計(jì)算排水路面上面層剪切速率，得到剪切速率范圍為
1.38 X ICT3S-1 4. 64s-1?！八脑?、五參數(shù)”蠕變模型見圖6，計(jì)算公式見式(2)、式(3)，計(jì)算參數(shù)與結(jié)果見表
2。表2中加載時(shí)間由行車速度60km/h換算求得，模型參數(shù)由室內(nèi)試驗(yàn)獲??；所述室內(nèi)試 驗(yàn)結(jié)果參照文獻(xiàn)徐世法，朱照宏.按粘彈性理論預(yù)估浙青路面車轍[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)， 1990，18(3) :299-304。
式中τ Q-模型所受剪應(yīng)力；y -模型的剪應(yīng)變響應(yīng)；γ ‘-模型的剪切速率響應(yīng)；E1, Il1-串聯(lián)部分麥克斯韋模型彈性模量、黏性系數(shù)，Il1 = A · ^t ；E2, n2-并聯(lián)部分開爾文模型彈性模量、黏性系數(shù)；A、B-麥克斯韋模型的粘壺性能參數(shù)；t_加載時(shí)間。表2排水性浙青路面上面層剪切速率計(jì)算表 從表2中可以看出，浙青材料在排水性浙青路面中所受剪切速率范圍為 1. 38 X ICT3S-1 4. 64s-1。實(shí)施例4本發(fā)明將第一牛頓區(qū)定量化，定義第一牛頓區(qū)為在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下，粘度lg( Iltl) 0. SOIg(η0)對(duì)應(yīng)剪切速率范圍。根據(jù)表ι中所得60°c零剪切粘度擬合值Iici，可得第一牛 頓區(qū)域的范圍如表3所示表3零剪切粘度及第一牛頓區(qū)擬合結(jié)果 由表3可以看出，不同粘度性質(zhì)浙青的第一牛頓區(qū)域差別不大，第一牛頓共同區(qū)域范圍所對(duì)應(yīng)的剪切速率范圍1. OX ICT3iT1 1. 25s-10這與高粘度改性浙青在排水性浙青 路面中所受剪切速率范圍α^δΧΙΟ、、』^—1)在數(shù)量級(jí)上完全一致。因此，認(rèn)為60°C 零剪切粘度可以較為真實(shí)地反映浙青材料在路面結(jié)構(gòu)中的粘性特征。而在實(shí)施例2中，已 驗(yàn)證以剪切速率為KT2iT1時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)粘度可作為60°C零剪切粘度。因此，剪切速率為 ICL2^1時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)粘度可以較為真實(shí)的反映出高粘度改性浙青在路面結(jié)構(gòu)中的粘度 性能。
權(quán)利要求
一種測(cè)定高粘度改性瀝青零剪切粘度的簡(jiǎn)化方法，其特征在于，包括以下步驟A、采用剪切速率掃描試驗(yàn)，對(duì)所述高粘度改性瀝青在60℃條件下的粘度和剪切速率進(jìn)行測(cè)試；B、以剪切速率為10-2s-1時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)粘度作為60℃零剪切粘度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡(jiǎn)化方法，其特征在于， 所述高粘度改性浙青的60°C零剪切粘度范圍為IO4Pa · s IO6Pa · S。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡(jiǎn)化方法，其特征在于， 所述剪切速率掃描試驗(yàn)，采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡(jiǎn)化方法，其特征在 于，所述剪切速率掃描試驗(yàn)，采用穩(wěn)定流動(dòng)加載模式，剪切速率掃描范圍為ι.οχιοΛτ1 1. Os-1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的測(cè)定高粘度改性浙青零剪切粘度的簡(jiǎn)化 方法在評(píng)價(jià)高粘度改性浙青在路面結(jié)構(gòu)中的粘度性能中的應(yīng)用。
6.一種高粘度改性浙青的路用粘度特性行為特征值的測(cè)定方法，其特征在于，包括以 下步驟Α、采用剪切速率掃描試驗(yàn)，對(duì)所述高粘度改性浙青在60°C條件下的粘度和剪切速率進(jìn) 行測(cè)試；B、以剪切速率為10-2S-1時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)粘度作為所述高粘度改性浙青在路面結(jié)構(gòu) 中粘性行為的特征值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高粘度改性浙青路用粘性行為特征值測(cè)定方法，其特征在 于，所述高粘度改性浙青的60°C零剪切粘度范圍為IO4Pa · s IO6Pa · S。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高粘度改性浙青路用粘性行為特征值測(cè)定方法，其特征在 于，所述剪切速率掃描試驗(yàn)，采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高粘度改性浙青路用粘性行為特征值測(cè)定方法，其特征在 于，所述剪切速率掃描試驗(yàn)，采用穩(wěn)定流動(dòng)加載模式，剪切速率掃描范圍為ι.οχιοΛτ1 1. Os-1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)定高粘度改性瀝青零剪切粘度的簡(jiǎn)化方法及其應(yīng)用，包括以下步驟A、采用剪切速率掃描試驗(yàn)，對(duì)所述高粘度改性瀝青在60℃條件下的粘度和剪切速率進(jìn)行測(cè)試；B、以剪切速率為10-2s-1時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)粘度作為60℃零剪切粘度。所述剪切速率為10-2s-1時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)粘度可以作為高粘度改性瀝青路用粘性行為的特征值，真實(shí)地反映出高粘度改性瀝青在路面結(jié)構(gòu)中的粘性特征。本發(fā)明的試驗(yàn)方法節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間；數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)便，不需使用專用數(shù)據(jù)分析軟件，有利于零剪切粘度的應(yīng)用與推廣；確定了零剪切粘度對(duì)應(yīng)的特征剪切速率為10-2s-1，使高粘度改性瀝青在相同剪切速率條件下進(jìn)行粘度比較，評(píng)價(jià)指標(biāo)更為科學(xué)、可信。
文檔編號(hào)G01N11/00GK101839836SQ20101012563
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者孫艷娜, 李立寒, 耿韓 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)